用超疏水纤维做出的棉T恤。中国科学院理化技术研究所供图

■本报记者 倪思洁

冲锋衣洗几次就“失效”？这种糟心时刻，迎来了终极解决方案。

受虫子启发，中国科学院理化技术研究所研究员董智超团队研发出一种“黑科技”，可以不依赖含氟化学品，让普通棉、麻、羊毛乃至化纤织物，变成能抵御暴雨冲击、承受上万次摩擦、扛住“冰火两重天”极端考验的超级防水面料。

向虫子取经

这项研究的灵感，源自一种不起眼的“防水大师”——跳虫。跳虫，学名“弹尾虫”，是节肢动物门中的一个古老类群。这种体长仅毫米级的微小昆虫，在地球上生存了4亿年，能弹跳至自身高度200倍以上。

当董智超在中国科学院西双版纳植物园的石缝里看见它时，惊讶极了：“这种虫子生活在潮湿泥泞的土壤和岩石缝隙中，不仅能保持身体干爽，还在反复弹跳时与岩石的碰撞中保持表皮完好无损。它是怎么做到的？”

研究团队利用高倍电子显微镜发现，跳虫尾部表皮上覆盖着精妙的微型蘑菇状结构和纳米级脊线，这套天然的“防沾湿盔甲”让它能在剧烈摩擦和极端潮湿的环境中“滴水不沾”。

这让一直师从中国科学院院士江雷开展超疏水材料研发工作的董智超有了一个新想法。“传统的防水涂层就像在馒头上沾面粉，抖一抖、洗几次就掉了。向跳虫取经，我们能不能获得既防水又耐磨的材料？”

他介绍，过去让织物防水，要么涂蜡，要么涂含氟化学物质（PFAS）。然而，涂蜡会让衣服不透气，含氟材料虽然效果显著，却因环境污染问题，在全球面临越来越严格的禁令。更重要的是，一旦遭遇摩擦或洗涤，这些涂层就会脱落失效。

模拟跳虫尾部的表皮结构，团队提出了一种全新的思路——不再依赖“贴”上去的涂层，而是直接在纤维表面“长”出一层有着跳虫尾部表皮结构特点的保护壳。他们通过“一步分子自组装法”，在单根纤维表面原位构建了有序、共价键合的二氧化硅网络，并引入长链烷基降低表面能。这层被称为“MARS”（分子组装的耐久超疏水壳层）的“分子装甲”与纤维本体通过化学键永久性结合。

“我们的方法好比把容易掉落的面粉揉进面团里，再一起蒸熟，就再也分不开了。”董智超介绍，这种方法不挑材质，无论是吸水性极强的棉，还是天然的羊毛、麻，或是涤纶、尼龙等合成纤维，都能实现稳定的超疏水改性。

“残酷”实验验证“扛造”极限

为了检验这层“分子装甲”的性能，研究团队对MARS织出的布料进行了一系列堪称“残酷”的实验室测试。

模拟暴雨冲击环境，他们让水滴以2.4米/秒的速度连续撞击同一点，布料足足承受了8万次冲击，之后又将水滴速度提升至11.6米/秒，相当于时速41公里的暴雨级冲击。结果织物依然能有效反弹水滴，保持完好。

模拟真实穿着中的磨损，团队动用了多种测试织物起毛起球及耐磨性能的检测设备，让布料与自身布料摩擦了8万次，经受2万次砂轮打磨、100次落沙冲击、2万次反复拉伸、8000次刷子猛刷和500次强力胶带反复粘撕。面对这一连串“拷打”，布料的超疏水性能依然保持良好。

他们还做了各种各样“折磨”布料的实验。例如，实验人员反复用零下196摄氏度的液氮与95摄氏度的热水冲洗布料，把用这种布料做成的衣服放到露天环境下风吹日晒一整年。结果对照组的布料不堪重负开始吸水或变黄，而MARS布料的防水效果和状态几乎没有变化。

董智超介绍，针对消费者最关心的洗涤问题，研究团队还将MARS织物放入家用洗衣机，使用普通洗涤剂进行了20次标准洗涤。结果显示，其防水等级依然稳定在行业高标准，远超传统防水涂层几次洗涤后就失效的表现。

环保、耐用的“黑科技”

在董智超看来，这项成果不只是一项实验室里的科学突破。“我们的目标从一开始就不是为了‘自嗨’，而是希望解决产业界的真实需求。”他告诉《中国科学报》。

在研发过程中，团队深入走访了多家运动品牌企业、纺织企业和供应链厂商，针对它们提出的“能否兼容现有产线”“增重多少”“手感是否发硬”等实际问题，逐一进行优化。“最终，MARS处理后的织物增重控制在5%以内，远低于传统10%至12%的水平，这意味着它更轻、更透气，也不会让衣物变得硬邦邦。”董智超说。

此外，研发之初，科研团队就考虑了成本控制和生产线兼容等问题。“原材料成本可控，且处理每平方米棉布、约170克的材料成本与工艺成本都控制在十几块钱的较低水平。”董智超说，“该技术采用一步浸涂法，完全兼容现有的纺织工业连续化生产流程，无需企业大规模改造产线。”

他介绍，从应用场景看，在户外运动领域，它可以制成真正能扛住暴雨、耐磨耐穿的冲锋衣和瑜伽裤；在医疗健康领域，它可用于制造更可靠、可反复消毒的防护服和手术布草；在工业领域，它能为工作服、帐篷，甚至安全气囊提供持久的防水防污保护。此外，用MARS纱线还能在普通织物上绣出超疏水图案，为智能纺织品、可穿戴设备和时尚设计提供了可能。

“我们希望，未来大家提到超疏水面料时想到的不再是‘含氟’‘不耐洗’，而是真正环保、耐用的中国‘黑科技’。”董智超说。